cac nguyen to thuoc nhom 5

HỢP CHẤT CỦA NITƠ Amoniăc NH 3 Cấu tạo  Phân tử NH3 có cấu tạo hình chóp, đáy là tam giác đều... HỢP CHẤT CỦA NITƠAmoniăc NH 3 Tính chất hóa học: Phản ứng thế  Ở nhiệt độ cao, những n

Ch ương ng 7

NHÓM V

NHÓM VA

N – P

As – Sb – Bi

NITƠ

Cấu tạo phân tử

 Electron hoá trị: 2s22p3  phân tử: N2

 Theo MO, N2 có cấu hinh electron như sau:  <  <  <  = 

 Theo VB: độ bội liên kết: N = 3 nên trong

phân tử N2 có liên kết ba: : NN:

Xem 3 điện tử độc thân 2p3 đã góp chung tạo ra

NITƠ

 Ít tan trong nước (2,35ml N2/100ml H2O ở00C)

và ít tan trong dung môi hữu cơ

 Ở trạng thái rắn, nitơ tồn tại dưới dạng thù

hình: lập phương và lục phương

Tính chất hoá học

 N2 là nguyên tố phi kim điển hình, N = 3,04  về

hoạt tính chỉ thua flo, clo và oxi.

 Trong các hợp chất, nguyên tố N có thể ở trạng thái lai hoá sp 3 , sp 2 hay sp Trạng thái lai hoá sp 2 và sp bền vững nhờ các liên kết  Do vậy các mức oxy hoá của nitơ là -3, 0 , +1, +2, +3, +4, +5.

 N2 rất bền với nhiệt, ở 3000 0 C chưa phân huỷ rõ rệt thành nguyên tử  ở nhiệt độ thường, N2 là chất trơ nhưng khi ở nhiệt độ cao thì nó trở nên hoạt động hơn, nhất là khi có xúc tác.

 Trong sinh vật, nitơ tồn tại dưới dạng hợp chất hữu

cơ phức tạp như protein, axit nucleic, một số sinh tố

và kích thích tố, chất màu của máu, clorophin

 Trong nước mưa, có một lượng nhỏ axit HNO2 và axit HNO3 được tạo nên do hiện tượng phóng điện (sét) trong khí quyển

 Trong phòng thí nghiệm, N2 tinh khiết được điều chế bằng cách nhiệt phân dung dịch bão hoà muối

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Cấu tạo

 Phân tử NH3 có cấu tạo hình

chóp, đáy là tam giác đều

2 klk

 Phân tử có cực  NH3 tan nhiều trong nước (

700lit NH3/lit H2O ở 200C; 1200lit NH3/lit H2O ở 0 0 C)

với K = 1,8.10 -5 (là bazơ yếu)

 NH 3 dễ dàng kết hợp với các axit mạnh như HCl,

HNO 3 , H 2 SO 4 tạo muối tương ứng:

NH3 + HCl = NH4Cl

 NH3 có thể kết hợp rất nhiều muối kim loại tạo

amoniacat dạng tinh thể như CaCl2.8NH3,

CuSO4.4NH3

 Khi có xúc tác Pt hay hợp kim Pt-Rh ở 800-900 0 C thì khí NH3

bị O2 không khí oxi hoá thành nitơ oxit

HỢP CHẤT CỦA NITƠAmoniăc NH 3

Tính chất hóa học: Tính khử

 Với dung dịch KMnO4:

2KMnO4 + 2NH3.H2O = 2MnO2 + N2 + 2KOH + 4H2O(*)

Cơ chế phản ứng này qua một số phản ứng trung gian :

+ Dd NH3 tạo môi trường kiềm yếu, khử Mn +7  Mn +6 (MnO42-), sau đó tự oxy hoá - khử :

MnO42- + MnO42- + H2O = MnO4- + MnO2 + 4OH - (1)

+ Nếu NH3.H2O dư thì MnO4- mới tạo thành sẽ phản ứng:

6KMnO4 + NH3.H2O = 3K2MnO4 + 3(NH4)2MnO4 + N2+ 8H2O (2)

Tổ hợp các giai đoạn phản ứng tổng quát được viết như (*)

 Khi đun nóng, NH 3 khử được một số oxit kim loại yếu:

3CuO + 2NH3 = N2 + 3Cu + 3H2O

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Tính chất hóa học: Phản ứng thế

 Ở nhiệt độ cao, những nguyên tử H trong

NH3 được lần lượt thế dần bằng các kim loại hoạt động tạo thành amiđua (chứa nhóm

NH2-), imiđua (chứa nhóm NH2-) và nitrua

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Tính chất hóa học: Khả năng tạo phức

 NH3 có kích thước phân tử không lớn và có đôi electron hoá trị chưa liên kết nên dễ đến gần ion trung tâm và tạo phức, đặc biệt dễ

tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp như

Ag+, Cu2+, Fe2+, Co3+, Ni2+, Zn2+

Ví dụ: [Ag(NH3)2]+, [Co(NH3)6]3+, [Zn(NH3)4]2+

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Điều chế: Trong phòng thí nghiệm

 Đun sôi dung dịch đậm đặc của amoniac

NH3.H2O đun sôi NH3 + H2O

 Nước vôi trong tác dụng với muối amoni

2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O

Khí NH3 được làm khô bằng KOH rắn hoặc

CaO mới nung

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Điều chế: Trong công nghiệp

 Canxi xianamit tác dụng với hơi nước trong nồi áp suất

.

1000

200 600

400 )

( 2 )

(

2 3

2

0

k O

K Fe O AL

dtm C k

H

pu

pu

/ 9

, 45

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Amoniăc NH 3

Điều chế: Trong công nghiệp

O N

2,33Å

HỢP CHẤT CỦA NITƠ Nitơ oxit NO

+ Tác dụng với chất oxi hóa mạnh: N +4  N +5

6KMnO4 + 10NO + 9H2SO4 = 10HNO3 + 3K2SO4 + + 6MnSO4 + 4H2O

 Trong phòng thí nghiệm: NO được điều chế

từ Cu tác dụng với axit HNO33M

Khí NO tương đối tinh khiết có thể điều chế

bằng các phản ứng ở trong dd nước

Vd: 2NaNO2 + 2NaI + 4H2SO4 = I2 + 4NaHSO4 + 2NO + 2H O

thái lai hóa sp 2 2(AO)sp 2 tạo

liên kết  với 2 nguyên tử O,

còn lại 1(AO)sp 2 tự do có 1e

độc thân 1(AO)2p không lai

hóa tạo liên kết  không định

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Nitơ đioxit NO 2

Cấu tạo:

HỢP CHẤT CỦA NITƠNitơ đioxit NO 2

 Khí NO2 phân hủy rõ rệt ở 150 0 C, phân hủy hoàn

toàn ở 600 0 C: 2NO2 = 2NO + O2

HỢP CHẤT CỦA NITƠ Nitơ đioxit NO2

Tính chất:

 Tương tác với nước tạo dd axit nitrơ và

nitric:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

 tác dụng với kiềm tạo muối nitrit và nitrat:

2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

 NO2 là anhiđrit hỗn hợp của axit nitrơ và axit nitric

HỢP CHẤT CỦA NITƠ Nitơ đioxit NO2

Điều chế:

 Trong công nghiệp: NO2 là sản phẩm trung gian để điều chế HNO3, được tạo thành từ

phản ứng của NO và O2

 Trong phòng thí nghiệm: NO2 có thể điều chế

từ phản ứng của kim loại với axit HNO3 đặc:

Cu + HNO3 đặc = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Axit nitric HNO 3

Cấu tạo:

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Axit nitric HNO 3

Tính chất vật lý:

 Axit HNO3 tinh khiết là chất lỏng không màu,

bốc khói mạnh trong không khí, có tỉ khối ở

200C là d = 1,56; kết tinh ở - 41,60C; sôi ở

82,60C

 Tan trong nước bất kỳ tỷ lệ nào Nó tạo với

nước một hỗn hợp đồng sôi (đẳng phí) chứa 68,4% HNO3, có d = 1,41; T0s = 120,70C tạo

nên hiđrat HNO3.H2O có T0nc= -37,80C và hiđrat HNO3.3H2O có T0nc= -18,470C

HỢP CHẤT CỦA NITƠAxit nitric HNO 3

Tính chất hóa học:

hay ánh sáng phân huỷ:

- Trong dung môi có khả năng cho proton mạnh hơn như

H2SO4, HClO4 thì axit HNO3 phân li cho ion nitroni NO2+:

HNO 3 + 2HClO 4  NO 2+ + 2ClO 4- + H 3 O +

HNO3 + 2H2SO4  NO2+ + 2HSO4- + H3O +

O H O

NO HNO3 to 4 2 2 2 2

và với một số nguyên tố phi kim như C, P, As, S Sản

phẩm khử chủ yếu tuỳ thuộc vào nồng độ axit HNO3,

nhiệt độ và bản chất của chất khử Khả năng oxi hóa của

NO 3- thể hiện qua thế khử của các cặp sau :

 Kim loại có thế khử càng bé , axit có nồng độ càng loãng

và nhiệt độ thấp thì nitơ trong NO3- bị khử càng sâu.

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Axit nitric HNO 3

Tính chất hóa học: Tính oxi hoá:

Cùng 1 kim loại mà dùng HNO3 loãng tạo NO, dùng

HNO3 đặc, nóng thì tạo NO2.

3Pb + 8HNO3 loãng  3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Pb + 4HNO3 đặc  Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

 Sản phẩm ban đầu là axit HNO2, axit này không bền nên phân huỷ : 2HNO2  NO2 + NO + H2O

NO2 tác dụng với nước: NO2 + H2O  NO + HNO3

Khi nồng độ axit tăng (đặc) thì cân bằng chuyển

dịch sang trái, tạo NO2

 Axit đặc gây thụ động hoá cho 1 số kim loại như Al,

HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Axit nitric HNO 3

Điều chế: Trong công nghiệp, axit HNO3 được điều chế

từ amoniăc (phương pháp W.Ostwald Coswan).

 Oxy hoá khí NH3 thành NO bằng oxi tinh khiết hoặc không khí dư, chất xúc tác là hợp kim Pt chứa

10%Rh.

 Làm nguội khí NO rồi oxi hoá NO bằng oxi không khí

và hoà tan sản phẩm vào nước.

 Khí NO sinh ra trong quá trình hoà tan được trở lại

dây chuyền sản xuất.

 Phương pháp này chỉ sản xuất được HNO3 68,4% (ở dạng hỗn hợp đẳng phí)

O H NO

HỢP CHẤT CỦA NITƠ Axit nitric HNO3

Điều chế:

đặc hoặc có thể tổng hợp trực tiếp từ

3 2

2 4

2N O  O  H O  HNO

năng lai hoá sp3d2, sp3d,

nhưng trạng thái lai hoá sp3 là

đặc trưng nhất của P

Trạng thái oxy hoá của P là -3, 0, +1, +3, +5, trong đó +5 là đặc trưng nhất

Thù hình - Tính chất vật lý

Phot pho trắng (P 4 ): là khối trong suốt, mềm

như sáp, có mạng lưới lập phương, nút mạng

là phân tử P4 liên kết với nhau bằng lực Van

phân cực như CS2, C6H6

PHOTPHO

800 )

PHOTPHO

Tàu Mỹ bị đánh bởi bom

phốt pho trắng trong cuộc

thử nghiệm ném bom vào

tháng 9 năm 1921 đang được sử dụng tại Chất photpho trắng

Fallujah

Thù hình - Tính chất vật lý

Phot pho đỏ (P n ):

 Là chất bột màu đỏ, phân tử dạng polyme

gồm một số dạng khác nhau mà cấu trúc cho đến nay chưa xác định được

 Tuỳ theo cách điều chế mà tính chất và tỉ khối khác nhau, d = 2,0  2,4 P đỏ không tan

trong dung môi nào cả, nóng chảy ở 5930C, thăng hoa ở áp suất cao, tạo thành hơi gồm những phân tử P4, hơi này ngưng tụ thành P trắng

 P đỏ không độc

Thù hình - Tính chất vật lý

Phot pho đen (P m ):

 Được tạo thành khi đun nóng P trắng ở 370-380 0 C với xúc tác Hg trong khoảng 8 ngày đêm hoặc dưới áp suất cao

(12.000atm)

 P đen là chất dạng polyme có mạng lưới nguyên tử Mỗi

nguyên tử liên kết trực tiếp với 3 nguyên tử khác xung quanh bằng liên kết cộng hoá trị, d P-P =2,18Å Mạng lưới có cấu trúc lớp hơi tương tự như than chì, tức là có điện tử hoá trị tự do, tạo cho P đen là chất bán dẫn, không tan trong dung môi nào

cả, tỉ khối d=2,7 P đen khó nóng chảy (T0nc= 1000 0 C).

 P đen không độc.

Phot pho tím (P 8 ):

 cho P đỏ hoà tan trong chì nóng chảy (ở 327,5 0 C) rồi kết tinh lại thì được P tím (P8) có d= 2,32  2,36; T0nc= 429 0 C.

PHOTPHO

P4 trắng + 5O2 P4O10

4Pđỏ + 5O2 P4O10 

 P vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử : P bị oxi hoá khi phản ứng với O2, X2, S Khi thiếu chất oxi hoá thì tạo thành hợp chất của P +3 như P2O3, PX3,

P2S3 Nhưng với chất oxi hoá dư thì tạo thành hợp chất của P +5 như P2O5, PX5, P2S5

Tính chất hoá học

 P4 thể hiện tính khử khi phản ứng với dd muối vàng, bạc,

đồng, chì trong đó các cation là chất oxi hoá.

11P4 + 60CuSO4 + 96H2O 24H3PO4 + 20Cu3P +60H2SO4

P4 + 10CuSO4 + 16H2O đun sôi 4H3PO4 + 10Cu + 10H2SO4

P4 + 20AgNO3 + 16H2O đun sôi 4H3PO4 + 20Ag + 20HNO3 

 P có thể phản ứng với axit, kiềm, hiđro, nước, với nhiều kim loại khi đun nóng.

Với axit: P đỏ + 5HNO 3 đặc đun sôi H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O

P 4 + 6HCl 2PH 3 + 2PCl 3

Với kiềm: P4 + 8NaOH đặc + 4H2O đun sôi 4Na2(PHO3) + 6H2

P4 + 3NaOH đặc + 3H2O nguội 3Na(PH2O2) + PH3

PHOTPHO

Trạng thái thiên nhiên

 Phôtpho rất phổ biến trong thiên nhiên nhưng tổng lượng không nhiều, khoảng 0,04% tổng số nguyên

tử vỏ trái đất Trong đất, phôtpho tập trung dưới 2 khoáng vật chính là photphorit Ca3(PO4)2 và aptit

Ca5X(PO3)3 (với X là F, Cl, OH) Nước ta có mỏ

apatit ở Lào Cai với trữ lượng lớn Quặng giàu nhất chứa 35-38% P2O5, loại nghèo chứa 7-10% P2O5.

 Trong cơ thể người, phôtpho chiếm 1,16% khối

lượng cơ thể và ở dạng hợp chất Chủ yếu tồn tại trong xương và lượng nhỏ trong protein nhưng giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sống Thực

phẩm có nhiều phôtpho là phomat, các loại đậu,

lòng đỏ trứng Trung bình mỗi người cần 12,3gam phôtpho dạng muối mỗi ngày.

Điều chế

 Trong công nghiệp, P4 trắng được điều chế từ phôtphorit, SiO2,than cốc, lò điện với điện cực bằng than

2Ca3(PO4)3 + 6SiO2 6CaSiO3 + P4O10

P4O10 + 10C 10CO + P4

Hơi phôtpho được dẫn sang buồng ngưng tụ,

được làm lạnh bằng phun nước

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

 Phân tử PH3 có cấu hình không gian tương tự như NH3 Nhưng lai hóa sp3 trong PH3 không đặc trưng như trong NH3

PH3 + 4Cl2  PCl5 + 3HCl + Bị H 2 SO 4 đặc, HNO 3 đặc, H 2 O 2 , NaOCl oxy hóa :

PH 3 + 2H 2 SO 4đặc  H 2 (PHO 3 ) + 2SO 2  + 3H2O

PH3 + 8HNO3đặc nóng  H3PO4 + 8NO2 + 4H2O

PH 3 + 7H 2 O 2đặ= + 4NaOH đặc Na 2 P 4 O 6  + 12H2O + Giải phóng kim loại từ dung dịch muối bạc, đồng :

PH 3 + 6AgNO 3 + 3H 2 O  6Ag + 6HNO 3 + H 3 PO 3



 

 1500C

O O

O O

 P4O6 dễ bay hơi, hút ẩm mạnh, tan nhiều

trong ete, CS2, clorofom (CH3Cl) và benzen

 Độc gần như P trắng

P4O6 + 2O2  P4O10

Đun nóng đến 70 0 C thì bốc cháy mãnh liệt, tạo ánh sáng chói nên P4O6 được dùng làm bom cháy (bom napan).





 210 2590C

O O

O O

O

O O

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Photpho (V) oxit : (P 2 O 5 ) 2 = P 4 O 10

Cấu tạo:

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Photpho (V) oxit : (P 2 O 5 ) 2 = P 4 O 10

Tính chất vật lý:

 Là chất ở dạng tinh thể lục phương màu

trắng, thăng hoa ở 3590C dưới áp suất 1atm Mạng tinh thể gồm những phân tử P4O10 liên kết với nhau bằng lực Van de van

 Ở T0= 670 - 14000C, tinh thể bị phá vỡ và bay hơi gồm những phân tử P4O10 độc lập

 Có 4 dạng thù hình:  (tinh thể lục phương);

 (dạng polyme, cấu trúc lớp);  (cấu tạo lớp dạng sợi);  (dạng ở trạng thái thủy tinh)

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Tính chất hóa học:

 Phản ứng với dung dịch kiềm :

P4O10 + 12NaOH loãng  4Na3PO4 + 6H2O

 Phản ứng với kim loại kiềm, kiềm thổ :

3P4O10 + 16Na 10NaPO3 + 2Na3P

Điều chế: Có thể điều chế trực tiếp từ nguyên tố

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Cấu tạo:

HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Axit photphoric: H 3 PO 4

Tính chất vật lý:

 Là chất dạng tinh thể không màu, nóng chảy ở

42,5 0 C, ở trạng thái này, cấu trúc tinh thể gồm

những nhóm tứ diện PO4 liên kết với nhau bằng liên kết hydro

 Trong dung dịch H3PO4 đậm đặc, liên kết hydro vẫn tồn tại, làm cho độ nhớt dung dịch cao nên dung

 H3PO4 trung hòa kiềm, hydrat amoniac tạo 3

loại muối: đihidro photphat (H2PO4-),

hydrophotphat (HPO42-) và photphat trung hòa (PO43-).

 H3PO4 không có khả năng oxy hóa ở nhiệt độ thấp (dưới 350 0 C)

CÂU HỎI ?

 Tại sao H3PO4 không có khả năng oxy hóa

như HNO3 ở nhiệt độ thấp, mặc dù cả P và N trong hợp chất axit đều có số oxi hóa +5 và

P, N đều là phi kim ?

 Giải thích:

- P trong H3PO4 lai hóa sp3, PO43- có cấu hình

tứ diện Trong dd, cấu hình tứ diện được giữ nguyên nhờ liên kết hydro với nước

- Dung dịch HNO3 điện ly hoàn toàn ra gốc

NO3-, N lai hóa sp2  NO3- có cấu tạo phẳng

+ Khi đun nóng đến 300 0 C thì chuyển hóa thành axit

meta photphoric, dạng thủy tinh polime (HPO3)n:

2nH3PO4  nH 4 P2O7  2(HPO3)n + nH2O

 

PHÂN NHÓM ASEN

PHÂN NHÓM ASEN

Mạng tinh thể Asen

PHÂN NHÓM ASEN

PHÂN NHÓM ASEN

Mạng tinh thể Antimony (Sb)

PHÂN NHÓM ASEN

PHÂN NHÓM ASEN

Mạng tinh thể Bismuth

Nhóm VB

V – Nb – Ta

Số oxi hóa đặc trưng +5 +5 +5

 Ở nhiệt độ cao, tác dụng được với Cl2, S, N2,

C, Si tạo các hợp chất kiểu xâm nhập

NHÓM VB

Trạng thái thiên nhiên:

 V là nguyên tố tương đối phổ biến (hơn Cu,

Zn, Pb) Nb và Ta là nguyên tố hiếm

 Trữ lượng của V trong vỏ Trái đất là 6.10-3%, của Nb là 2.10-4%, của Ta 2.10-5%

The end!